A Eletrônica Em Módulos VI - Controle De Motor com Joystick

 

    Este projeto permite controlar com facilidade o sentido de rotação de um motor usando um joystick. Você pode aplicar o circuito em uma cabeça robótica, um braço robótico ou qualquer outro mecanismo que exija movimento. A implementação é simples, veja abaixo. 

   Não sei se já mencionei isso antes, mas para visualizar a imagem em detalhes de qualquer projeto publicado, basta clicar sobre a figura. Imagino que já tenha percebido isso.

    No circuito apresentado, utilizamos apenas um dos eixos do joystick (o eixo X), controlando assim apenas um motor. Para um controle completo nos eixos X e Y, basta replicar o circuito ao redor do transistor, usando também  o terminal VRY do joystick, as entradas IN3 e IN4 do módulo ponte H, e a saída para o motor B.

Luminária De Leds Controlada Por Toque

    O sistema de iluminação moderno está bastante evoluído. As novas tecnologias estão aumentando ainda mais sua eficiência, como o uso de LEDs inteligentes, que podem ser controlados remotamente via aplicativos ou sistemas de automação, ajustando intensidade e cores conforme a necessidade. 

    Vamos pensar em algo mais simples: uma pequena luminária controlada pelo toque em dois sensores, que permitem ajustar a intensidade da luz de forma gradual, aumentando ou diminuindo suavemente. Isto é o que faz o circuito abaixo.

   Para os sensores, você pode utilizar três pontos metálicos, como percevejos, alfinetes ou até mesmo contatos em uma placa de circuito impresso (PCB).   Apenas evite fazer uma conexão direta, pois a resistência da pele limita a corrente de base dos transistores, evitando que eles sejam danificados.

   Na minha sugestão de placa, utilizei LEDs vermelhos, mas o ideal seria optar por LEDs brancos, a menos que você prefira criar um ambiente com uma iluminação mais acolhedora... 

   Além disso, é importante usar capacitor de boa qualidade, como os do tipo tântalo, para garantir que o ajuste de intensidade seja mantido por mais tempo.

Como Ler Diagramas Esquemáticos

   Impossível você não ter percebido que praticamente todos os projetos publicados aqui possuem um diagrama esquemático, ou simplesmente falando : um esquema. Esquemas eletrônicos funcionam como receitas de bolo  para circuitos. Eles indicam quais componentes utilizar e como conectá-los. Em vez de descrever tudo em palavras, são representados por meio de símbolos padronizados.  Esses símbolos são representações simples de cada componente  e as linhas que conectam os símbolos, representam os fios ou trilhas do circuito, indicando a interconexão entre toda a estrutura.

  Entender como ler e seguir esquemas é uma habilidade importante para qualquer interessado em eletrônica.   Portanto, ao decidir construir algo eletrônico, você precisa  procurar um esquema ou então criar um para o seu projeto . Depois, com os esquemas eletrônicos em mãos, o restante é apenas seguir as instruções e terminar seu projeto.

   Ler esquemas envolve simplesmente reconhecer os símbolos e entender como eles se conectam. Cada símbolo normalmente representa um único componente, exceto os símbolos  Gnd , Vcc e Vdd, que indicam conexões para fornecer energia para o circuito. As linhas que ligam os símbolos representam os fios e trilhas que conectam os componentes .  

  Antes de interpretar um esquema, é fundamental estar familiarizado com os símbolos dos componentes. No início, isso pode parecer um pouco desafiador, já que existem muitos símbolos para diferentes componentes. É totalmente normal que você nunca encontre alguns deles ao longo da vida.  Entretanto a maioria deles se repete bastante, o que facilita as coisas.

  A seguir, apresentaremos os símbolos de alguns dos principais componentes usados em nossas montagens, juntamente com suas formas mais comuns.

Pilhas e baterias

    Na maioria das vezes, os projetos mostrados aqui utilizam pilhas ou baterias , portanto será nossa primeira visualização.  Para uma pilha o símbolo é de duas retas paralelas desproporcionais . Veja que o positivo vem indicado no símbolo . Não importa o tamanho da pilha, o símbolo será o mesmo.

    Uma bateria é formada por associações de pilhas .  Portanto , serão mais pares de linhas indicando mais células em série na bateria. A linha mais longa  é usada para representar o terminal positivo, enquanto a linha mais curta se conecta ao terminal negativo ( Gnd ). O mesmo símbolo é utilizado para associação de pilhas em um suporte ou em um pack .

   Os símbolos costumam ter um nome e um valor associados. O nome serve para identificar os componentes, enquanto o valor indica as características específicas que cada parte deve ter. Para pilhas e baterias normalmente utilizamos a letra  B. O símbolo acima então, seria especificado como B1 - valor de 9V.

    Para facilitar a leitura do esquema, podemos usar símbolos especiais para representar as tensões de nó. É comum encontrar pontos conectados ao GND espalhados, que são representados por uma a três linhas horizontais (ou, às vezes, por uma seta ou triângulo apontando para baixo). Importante é que, na montagem real, todos esses pontos devem estar interligados.

                                                            

Conexões

   As conexões são indicadas por um nó ( "bolinha" ) que  indica que os pontos que se cruzam nesta junção estão conectados. Se não houver um nó em uma interseção, isso significa que os fios estão apenas se sobrepondo, sem estabelecer uma conexão. 

Interruptores

  Os interruptores existem em muitas formas diferentes. O  símbolo do interruptor mais básico, são dois terminais  com um deles conectado a um ponto móvel, simbolizando a capacidade de abrir ou fechar o circuito.   A referência nos diagramas é a letra S .

   

Fusíveis

    O símbolo de um fusível em diagramas esquemáticos geralmente é representado por uma linha reta com um retângulo ou uma curva no meio. Procure por F nos diagramas.

Indutor

 O símbolo pode variar de acordo com o núcleo . Neste exemplo o núcleo é formado pelo ar .  Referenciado nos diagramas pela letra L.

Resistores

   Provavelmente os componentes e símbolos  mais encontrados em circuitos são os resistores. Nos esquemas, eles são representados por retângulos simples e a letra R . No diagrama vem especificado quando precisam ser de alta potência. 

    Em alguns esquemas, principalmente americanos,  costumam ser representados por linhas em zigue-zague, com dois terminais saindo de cada extremidade.

Potenciômetros

 Os  potenciômetros são representados pelo símbolo de um resistor padrão, mas com uma seta central .   O potenciômetro  possui três terminais, onde a seta representa o terceiro terminal, chamado de cursor.  A letra de referência geralmente  é o P .

Capacitores

  Existem dois símbolos comuns para capacitores. Um deles representa um capacitor polarizado, como os eletrolíticos ou de tântalo, enquanto o outro é usado para capacitores não polarizados. Em ambos os casos, os símbolos possuem dois terminais que se estendem perpendicularmente às placas. Um capacitor polarizado é marcado com um sinal “+”. É importante distinguir entre esses dois porque o capacitor polarizado precisa ser colocado corretamente de acordo com o sinal “+”. Serão referenciados nos diagramas pela letra C .

  Diodos

   O símbolo de um diodo em diagramas esquemáticos consiste em uma linha reta com uma seta apontando para um traço perpendicular.

   Um diodo é um componente polarizado com dois terminais : ânodo e cátodo.   O lado do cátodo é o traço para onde a ponta da seta está apontando .  No componente físico temos geralmente  uma faixa no corpo indicando o lado do cátodo.

  No diodo a corrente pode fluir no sentido da seta (do ânodo para o cátodo), mas é bloqueada no sentido contrário.

   Componente extremamente importante . Vem em vários formatos e especificações . Difícil listar todos. Se tiver dúvidas parta pro datasheet . Aposto que você reparou no LED perdido aí no meio . Exatamente : o LED é um diodo. 

    Diodos comuns possuem a letra D como referência , mas podem variar de acordo com seu tipo .

Transístor

   Se é difícil listar todos os diodos, imagine os transistores. Existem milhares. Ainda bem que o símbolo é o mesmo para todos ( mais ou menos isso). São referenciados geralmente pela letra Q.

   Nos circuitos que aparecem por aqui , usamos na maioria das vezes  os transistores bipolares de junção (BJTs), que  são dispositivos semicondutores com três terminais: coletor (C), emissor (E) e base (B).  Para este tipo de transístor existem duas variações : NPN e PNP.

 No transistor  NPN, a corrente flui do coletor para o emissor quando a base está positivamente polarizada em relação ao emissor. Esse tipo é mais comum em circuitos de amplificação e chaveamento. Eles podem ser encontrados em diversos tipos de encapsulamento, variando conforme a potência, a frequência de operação e o material de fabricação.

   O símbolo do NPN tem a seta do emissor apontando para fora da base, indicando que a corrente flui do coletor para o emissor.

  No transistor PNP, a corrente flui do emissor para o coletor quando a base está negativamente polarizada em relação ao emissor. Esse tipo é usado em situações onde a fonte de alimentação é negativa em relação ao circuito.  O símbolo do PNP tem a seta do emissor apontando para dentro da base, mostrando que a corrente flui do emissor para o coletor.

    

   O encapsulamento de um transistor PNP, assim como o NPN, pode variar dependendo da aplicação e das especificações do dispositivo. 

Outros Transistores

 Além dos transistores NPN e PNP (que são BJTs), existem vários outros tipos de transistores usados em eletrônica, cada um com diferentes características e aplicações. Todos podem apresentar os mesmos encapsulamentos já mostrados, então vou mostrar só os símbolos. Observe a mudança na nomenclatura dos terminais.

   Acredito ter ficado claro que, visualmente, não é possível identificar se um transistor é NPN ,  PNP  ou de outro tipo, se a numeração estiver raspada ou apagada.

Circuitos Integrados

      Circuitos integrados são uma categoria especial. Eles não possuem um símbolo padrão. Geralmente, são representados por um retângulo com pinos saindo dos lados.  Seus pinos, nomes, valores e rótulos precisam estar bem definidos para identificar com precisão qual o modelo está sendo utilizado.

Alguns diagramas podem indicar a estrutura interna em forma de blocos funcionais .

    Para alguns tipos de circuito integrado existem  símbolos específicos. Por exemplo, o símbolo de um amplificador operacional (amp op) é representado como um triângulo com dois terminais de entrada e um terminal de saída.  Além disso, em alguns esquemas, pode haver terminais adicionais para alimentação positiva (+V) e negativa (-V).

   Muitas vezes, há dois ou mais amplificadores operacionais integrados em um único encapsulamento, sendo os pinos de alimentação comuns a todos.

   Portas lógicas também tem seus símbolos específicos:

Porta AND -  Representada por um símbolo em forma de "D" com duas ou mais entradas à esquerda e uma saída à direita.

Porta OR - Um símbolo curvado na entrada, que se alarga na saída, com duas ou mais entradas à esquerda e uma saída à direita.

Porta Inversora - Um triângulo apontando para a direita, com um círculo na ponta.

Porta NAND - Igual ao símbolo da porta AND, mas com um pequeno círculo (indica negação) na saída.

Porta NOR - Igual ao símbolo da porta OR, mas com um pequeno círculo na saída.

Porta XOR (Ou-Exclusivo)-  Parecido com o símbolo da porta OR, mas com uma linha curva adicional antes da entrada.

Porta XNOR  -  Igual ao símbolo da porta XOR, mas com um pequeno círculo na saída.

 Circuitos integrados lógicos geralmente contêm múltiplas portas lógicas em um único encapsulamento. Podem também conter  combinações de portas lógicas para realizar operações específicas.

Você verá os circuitos integrados referenciados como IC (do inglês, Integrated Circuit).

Outros componentes

   Há muitos outros componentes que não foram mostrados, como pode ser observado na sequencia  abaixo. Com o tempo, você aprenderá exatamente o que são e suas funções.

     Caso encontre um componente desconhecido e não saiba a pinagem, localize sua referência no diagrama. Com essa informação, busque o datasheet correspondente, onde você encontrará todas as informações necessárias.

   

Vamos à prática

 Suponha  que queira montar fisicamente o circuito mostrado no seguinte diagrama . Ele liga e desliga um motorzinho DC , através de um interruptor.

Temos 3 componentes neste circuito. 

   Passo 1 -  Primeiro fazemos, através de um fio, a ligação entre o positivo da bateria e um dos lados do interruptor: 

   Passo 2 -  Usando outro fio, ligamos o outro lado do interruptor ao positivo do motor.

Passo 3 -  Por último ligamos o negativo do motor ao negativo da bateria .

Muito simples, não?

Agora um desafio um pouco mais difícil

     Um timer simples. Aperte e solte o botão e o led ficará aceso por um tempo e depois apagará. Desta vez temos 7 componentes neste circuito : 

    Fonte de alimentação ( B1 )  - Veja que, a princípio, não podemos usar bateria pois a alimentação não é de 9V . Uma das formas é utilizar 4 pilhas de 1,5V cada perfazendo a tensão total de 6V .  Ideal também é utilizar um suporte para organizar as pilhas:

1 botão de contato momentâneo normalmente aberto ( S1 ) . Fica aberto em condições normais e fecha os contatos internos quando pressionado.

2 resistores ( 22k e 470R  ) . Como nada está indicado no diagrama, pode ser usado um de baixa potência ( 1/8 W )

1 capacitor polarizado ( eletrolítico )  de 220uF . Como a tensão de alimentação é baixa, qualquer modelo acima de 10V pode ser usado.

1 transistor  BC547 ( NPN - veja a seta ) . 

      No caso do BC 547 a ordem dos pinos é esta. Existem outros NPN com o mesmo encapsulamento , mas com a ordem dos pinos mudada .Na dúvida consulte o datasheet do componente.

 1 Led comum ( qualquer cor) . Este é um diodo , portanto é um componente  polarizado.  Geralmente o pino de cátodo é mais curto.

Fazendo as devidas conexões entre os componentes , chegamos a isso:

Lembre-se que as "bolinhas"  são as conexões entre componentes ou entre fios.

Está ficando mais fácil ?

Vamos a um exemplo com circuito integrado. 

Trata-se de um sensor de iluminação ajustável, capaz de acionar um relé  .

Lista de componentes:

  01 circuito integrado LM358 . Este circuito integrado possui dois comparadores internos e dois pinos para alimentação ( pinos 4 e 8 ). Veja pelo diagrama que usamos apenas um dos comparadores .

  O outro comparador fica sem uso, portanto os pinos 5,6 e 7 permanecem desconectados . Esses dados você pode pegar na documentação do componente.

01 LDR. Pode ser de qualquer tamanho, observe que o esquema não especifica este detalhe, então qualquer um serve .

02 resistores : 4k7 e  10k . Nada especificado, então serve qualquer potência.

01 capacitor não polarizado de 100nF ( pode vir marcado como 0,1uF ou ainda 104 ) . No diagrama costuma vir especificada a tensão do capacitor, mas se não vier, utilize uma unidade com 1,5 vezes a tensão de alimentação.

01 diodo 1N4007 .  Diodo extremamente comum . Observe a faixa indicando o cátodo.

01 potenciômetro de 10k . Componente muito comum . Pode variar tamanho ou forma. O terminal central no símbolo é a seta. Utilize um tipo LIN ( linear)

01 transistor BD135 . Transistor de média potência NPN. Nesta aplicação poderia ser usado um transistor de baixa potência como o BC547 usado antes, mas a ideia é mostrar os vários formatos e pinagens dos componentes. Veja como a simbologia é a mesma , mas o aspecto do componente é totalmente diferente do BC.

01 Relé de 9V . Componente eletromecânico ideal para isolar etapa de comando da etapa de potência. 

Este modelo tem um esquema em relevo dos pinos por baixo, mas na maioria das vezes não vem. 

Temos o diagrama e temos os componentes ,basta montar.

Vamos fazer de outra forma agora . Dividiremos o esquema em três partes . Isto é ideal para dividir esquemas muito complexos ( o que não é o caso ) e facilitar a análise.

Primeira parte : Fonte e potenciômetro.

Segunda parte :  LM358, LDR e resistor de 10k

    Perceba no detalhe  que os pontos  destacados abaixo se cruzam no diagrama , mas não se conectam eletricamente ( falta a " bolinha " ) .

Terceira parte : restante dos componentes 

Depois e só as letras entre cada uma das partes  e  Voilà.

Montando em protoboard : 

     Protoboards são perfeitas para protótipos e testes .  Compatível com resistores, transistores, diodos, LEDs, capacitores e outros tipos de componentes eletrônicos, não necessitam de soldagem, tornando-se completamente reutilizáveis. Isso facilita a criação de protótipos temporários e a experimentação com o design de circuitos, servindo como uma base para o desenvolvimento de protótipos eletrônicos. Observe à direita como são as conexões entre pinos.

    

Vamos montar algo simples: 

Primeiro passo separar componentes . Veja que temos um led RGB cátodo comum , três chaves de pressão, 1 resistor  e a  tensão de 9V.  Podemos inserir inicialmente todos  na protoboard . 

   Perceba que colocamos as chaves de modo a ficarem com os terminais separados entre si , pelo espaço do meio da  protoboard. Também já conectamos um dos lados do resistor ao barramento negativo. Este ponto será o Gnd do circuito ( veja a simbologia ) .

     Agora ligamos fios ( chamamos jumper ) ,  conectando cada lado da chave ao barramento positivo da protoboard.

    Os outros terminais de cada chave , vão respectivamente aos pinos R, G e B do led através jumpers.

Agora um fio jumper , do terminal livre do resistor ao pino comum  do led  RGB.

   Hora de ligar a alimentação do circuito. Terminal positivo da bateria ao barramento positivo da protoboard. Terminal negativo da bateria ao barramento negativo ( Gnd ) da protoboard.

 

     Espero que essas informações tenham sido úteis e que, a partir de agora, você se sinta menos perdido ao se deparar com um diagrama esquemático de um circuito que despertou interesse.